0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство размером с эритроцит сможет доставить лекарство прямо в больную точку

Эритроциты

Живая кровь под микроскопом

Очень трудно было передать форму эритроцитов ( их размер 6 мкм)

Кишечная флора поможет создать универсальную донорскую кровь

Так выглядит упаковка донорской крови

Донорская кровь требуется постоянно: и для экстренных оперативных вмешательств, и для плановых переливаний. Но переливать можно только совместимую кровь, и ученые работают над созданием универсальной донорской крови с помощью ферментов кишечных бактерий человека
Совместимость крови зависит от особых молекул (антигеновгликопротеинов или гликолипидов), которые находятся на поверхности красных кровяных клеток – эритроцитов.
Как известно, различают четыре группы крови в зависимости от наличия молекул, условно обозначаемых А и В. У людей с I группой на эритроцитах вообще нет этих антигенов, у II группы – есть А, у III группы – В, а у людей IV группы – А и В.
В сыворотке крови содержатся антитела к тем антигенам, которых нет на эритроцитах. Поэтому если человеку со II группой перелить кровь группы III, то произойдет опасная для жизни иммунная реакция и эритроциты слипнутся. Нулевая группа крови – универсальная, ее можно переливать всем, что крайне актуально, когда нет времени определять группу или не хватает нужной крови.
Но нельзя ли создать универсальную кровь, искусственно «срезав» с эритроцитов «ненужные» молекулы? Технически это несложно и было сделано еще в начале 1980-х гг, но такой подход оказался нерентабельным.
Ученые из Университета Британской Колумбии (Канада) пошли по другому пути. Оказалось, что некоторые из кишечных бактерий человека производят ферменты, которые расщепляют гликопротеины (муцины), входящие в состав слизи, покрывающей стенку кишечника. Структура этих соединений похожа на антигены эритроцитов. Исследователи выделили из образцов фекалий бактериальную ДНК и провели поиск генов, кодирующих белки, способные расщеплять антигены, определяющие II группу крови. Ученые начали с антигенов А потому, что эта группа крови встречается чаще, чем с антигеном В.
Поиски были долгими, но в конце концов ученые обнаружили, что для такой работы необходимы сразу два фермента, которые производит бактерия Flavonifractor plautii. Добавление совсем небольшого количества этих белков в кровь превращает II группу крови в «универсальную» I группу.
В дальнейшем планируются аналогичные работы по преобразованию эритроцитов, несущих антигены В. И конечно, нужно еще убедиться в полной безопасности этой эффективной и экономически выгодной технологии.
Фото: https://ru.wikipedia.org

Медицинский handmade

Мне не то чтобы надоели типичные handmade-аксессуары типа цветочков, вкусняшек, персонажей мультфильмов и прочего, но. захотелось сотворить что-то оригинальное, авторское, да еще и связанное с моей учебной деятельностью — а учусь я в медицинском вузе.

Именно так и родилась идея «кровяного браслета», в котором вместо обычных бусин и висюлек — эритроциты и лейкоциты (красные и белые кровяные клетки), увеличенные, конечно же, в тысячи раз.

Я старалась сделать их как можно больше похожими на оригинал. Даже соотношение клеток по количеству учла — ведь в действительности у нас в крови гораздо больше эритроцитов, чем лейкоцитов (на самом деле, просто запарилась лепить кучу этих малюсеньких белых шариков для каждого лейкоцитёныша и решила сделать их в меньшем количестве).

Читать еще:  Грибок ногтей – 120 фото как выглядит и как быстро вылечиться в дома

Ниже воссозданное 3D изображение кровяных клеток в просвете сосуда. Честно говоря, в реальности они упакованы гораздо плотнее: клетки составляют чуть меньше половины всего объема крови, а другая половина — это плазма (водичка с растворенными веществами).

Но на этом кровяная эпопея не закончилась. Моя извращенная фантазия заставила меня слепить еще и модель стенки артерии с кровью (тоже в увеличенном масштабе).

Для немедиков и небиологов: стенка крупного сосуда состоит из нескольких слоев — внутреннего, среднего и наружного. Все они устроены по-разному. Внутренний выстлан особым эпителием (эндотелием) — тесно прилежащими друг к другу уплощенными клетками. Средний слой состоит из гладких мышечных клеток. А наружный — из рыхлой волокнистой ткани.

В общем, получилось так.

По артерии, естественно, течет кровь, так что у стенки тусуются уже знакомые нам эритроциты, лейкоциты. стоп, спросите вы, — а что это за коричневая фигнюшка? А это третий тип кровяных клеток — тромбоциты. Они не настоящие клетки, а как бы обломки более громоздких клеток (мегакариоцитов). Соответственно, их форма и размер неопределенные, и поэтому было трудновато воссоздать тромбоциты из глины. Вот и получились какие-то загогулины. Надеюсь, они не обиделись:)

Эритроциты и бактерии — перевозчики нанокапсул с лекарствами

Нанотехнологии в криминалистике

Магнитные наностержни в жёстких дисках компьютеров

Поверхность типичного магнитного диска состоит из микроскопических секторов с ориентированными в магнитном поле микрочастицами. Когда головка накопителя проходит над поверхностью сектора, она может менять ориентацию частиц в секторе на противоположную; в процессе чтения происходит анализ суммарного магнитного поля всех частиц сектора. Для увеличения емкости накопителя приходится уменьшать размер самих частиц, однако, следствием такого уменьшения является то, что индукция магнитного поля становится не достаточна для получения точной информации о секторе данных. Поэтому увеличивать плотность записи информации на магнитном диске, используя старые технологии, становится всё сложнее.

Чтобы решить эту проблему, разработан способ синтеза магнитных наностержней длиной от 20 до 200 нм из сплава железа и платины. Полученные наностержни имеют однотипную форму и однородную магнитную ориентацию атомов, создавая вокруг сильное магнитное поле, что очень важно для считывающих головок жёсткого диска. Наностержни можно «упаковывать» на поверхности диска в длинные и тонкие «пучки», ориентируя их по своему желанию, что, по мнению ученых, может стать основой для разработки следующего поколения носителей информации высокой плотности.

Нанотехнологии находят своё применение при исследовании отпечатков пальцев. Для контрастирования жирных следов пальцев использовали взвесь золотых наночастиц, обладающих гидрофобными свойствами, т.е. способных прилипать к поверхностям, покрытым жиром. Эти наночастицы, прилипая к жирным бороздкам отпечатков пальцев, формировали значительно более четкий рисунок, чем можно было бы получить с помощью традиционной техники. При этом время, затраченное на процедуру, не превышало трех минут.

Болезнь человека, как правило, связана с заболеванием не всех, а часто небольшой части его клеток. Но, когда мы принимаем таблетки, то лекарство растворяется в крови, а потом с кровотоком действует на все клетки – больные и здоровые. При этом у здоровых клеток ненужные лекарства могут вызывать так называемые побочные эффекты, например, аллергические реакции. Поэтому давнишней мечтой врачей было выборочное лечение только больных клеток, при котором лекарство доставляется адресно и очень маленькими порциями. Нанокапсулы с лекарством, способные прилипать только к определённым клеткам может быть решением этой проблемы медицины.

Читать еще:  Лекарство от головокружения помогло улучшить память

Основное препятствие, мешающее использовать нанокапсулы с лекарствами для адресной доставки больным клеткам – наша иммунная система. Как только клетки иммунной системы встречают инородные тела, в том числе и нанокапсулы с лекарствами, они пытаются разрушить и удалить их останки из кровяного русла. И чем успешней они это делают, тем лучше наш иммунитет. Поэтому, если мы введём в кровь любые нанокапсулы, наша иммунная система уничтожит нанокапсулы до того, как они дойдут до клеток-адресатов.

Чтобы обмануть нашу иммунную систему, предлагают использовать для доставки нанокапсул красные кровяные клетки (эритроциты). Наша иммунная система легко узнаёт «своих» и никогда не нападает на эритроциты. Поэтому, если прикрепить нанокапсулы к эритроцитам, то клетки иммунной системы, «увидев» плывущий по кровеносному сосуду «свой» эритроцит, не станут «досматривать» его поверхность, и эритроцит с приклеенными нанокапсулами, поплывёт дальше к клеткам, кому эти нанокапсулы адресованы. Эритроциты в среднем живут около 120 дней. Опыты показали, что продолжительность «жизни» нанокапсул, прикреплённых к эритроцитам, оказывается в 100 раз большей, по сравнению с тем случаем, когда их просто вводят в кровь.

Обычную бактерию тоже можно нагрузить наночастицами с лекарствами, и тогда она сможет работать в качестве транспорта по доставке этих лекарств клеткам. Размеры наночастиц – от 40 до 200 нанометров, их ученые научились прикреплять к поверхности бактерий с помощью специальных молекул. На одной бактерии можно разместить до нескольких сотен наночастиц разного типа.

Бактерии обладают естественной способностью проникать в живые клетки, являясь идеальными кандидатами для доставки лекарств. Особенно это ценно в генной терапии, где необходимо доставить фрагменты ДНК по назначению, не убив при этом здоровую клетку. После того, как гены попадают в клеточное ядро, оно начинает вырабатывать специфические белки, корректируя, таким образом, генетическое заболевание. Это открывает новые возможности в области генной терапии. Кроме того, можно заставить бактерии переносить наночастиц с ядом по адресу, например, убивать раковые клетки.

Эритроцит и бактерию превратили в инструмент точечной доставки лекарств

Yunus Alapan et al. / Science Robotics, 2018

Немецкие ученые сконструировали доставщик веществ внутри организма из эритроцита и кишечной палочки. Бактерия со жгутиками прикрепляется к эритроциту, несущему в себе лекарство или другое вещество, а также суперпарамагнитные наночастицы. В результате образуется конструкция, в которой бактерия отвечает за движение вперед, а эритроцит корректирует направление под действием внешнего магнитного поля, сообщают исследователи в журнале Science Robotics.

Почти все лекарства обладают побочными эффектами. Часто это обусловлено тем, что действующее вещество попадает не только в нужный орган, но и в другие зоны организма. Для решения этой проблемы, ученые создают системы «прицельной» доставки лекарств. Чтобы средства доставки сами не причиняли вред, их часто делают не искусственными, а из живых клеток или микроорганизмов. Но в этом случае довольно сложно создать эффективную и точную систему движения и управления.

Ученые под руководством Метина Ситти (Metin Sitti) из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка создали новый комплекс для точечной доставки веществ на основе двух биологических объектов — клетки эритроцита и штамма бактерии кишечной палочки (Escherichia coli MG1655) со жгутиками. В качестве вещества для доставки исследователи выбрали доксорубицин, который часто применяют в химиотерапии рака.

Сначала исследователи помещали эритроциты в раствор, содержащий доксорубицин, суперпарамагнитные наночастицы оксида железа, а также вспомогательные вещества. Условия обработки и концентрация веществ были подобраны таким образом, что в эритроцитах открывались поры, через которые из них выходил гемоглобин и проникал доксорубицин и частицы оксида железа, а затем поры снова закрывались. В результате возникала клетка, несущая в себе нужное вещество и пригодная для управления с помощью магнитного поля. Однако она не может передвигаться сама по себе, поэтому в качестве мотора ученые прикрепили к ней бактерию кишечной палочки со жгутиками.

Читать еще:  Комбинация лекарств остановит образование рубцов в любых органах

Чтобы надежно прикрепить бактерию к эритроциту, ученые генетически модифицировали ее таким образом, чтобы она экспрессировала на своей мембране белок, меченый биотином. Также эти бактерии покрывали стрептавидином, который образует с биотином одну из сильнейших нековалентных связей в природе. Поскольку эритроциты также покрывались биотином, они надежно соединялись с бактериями и образовывали единую конструкцию, в которой бактерия выполняет роль двигателя, а эритроцит служит в качестве «руля».

Структура полученной связки из бактерии и эритроцита

Yunus Alapan et al. / Science Robotics, 2018

Кишечная палочка и эритроцит доставляют лекарства

Леонид Ромащенко 27 апреля 2018

Эритроциты в сгустке крови

Ученые из Германии создали необычную конструкцию для доставки лекарства точно по назначению. Они соединили кишечную палочку и эритроцит, который несет в себе препарат и магнитные частицы. Исследование по теме доступно в журнале Science Robotics.

Игра по ролям

Основная задача эритроцита — переносить кислород в ткани организма. Чтобы «удержать» кислород, эритроцит использует гемоглобин — железосодержащий белок, которые умеет связываться с О2. Из-за своего органического происхождения и умения связывать вещества эритроцит был выбран учеными из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка, которые создали сверхточного «курьера» для лекарств.

Сначала эритроциты поместили в раствор из лекарства, частиц оксида железа и дополнительных веществ. За счет последних у эритроцита открылись «поры», через которые высвободился гемоглобин. На его место проникло лекарство и магнитные частицы оксида железа. Кстати, в роли лекарства выступал доксорубицин, который используют в химиотерапии раковых опухолей.

В итоге получился носитель, которым можно управлять с помощью магнитного поля. Но сами по себе эритроциты не перемещаются, и к нему прикрепили кишечную палочку Escherichia coli MG1655. За счет своих жгутиков, она может двигать лекарственный эритроцит куда укажет магнитное поле. Чтобы эритроцит и бактерия надежно «склеились», последнюю генетически модифицировали и она начала экспрессировать белок, помеченный витамином биотин. Эритроциты тоже покрыли биотином, и, в результате, образовалась прочная связь.

Для проверки «навигации» эритроцита и бактерии, ученые разместили по кругу пять электромагнитных катушек, которыми направляли всю конструкцию. Примечательно, что часть эритроцитов двигалась прямолинейно, а часть — по спирали.
Что касается высвобождения вещества, то тут необходима среда со значением pН около трёх. Это подходит замыслу ученых, так как раковые опухоли расценивают кислую среду как благоприятную. Ученые также предусмотрели дальнейшую судьбу эритроцита — под воздействием излучения ближнего инфракрасного диапазона в нем нагревается специальное вещество и красное кровяное тельце погибает вместе с бактерией.

Увеличение точности доставляемых лекарств — одно из приоритетных направлений фармакологии. Из-за неточной доставки препаратов может не только упасть эффективность лечения, но также могут пострадать органы «по пути». В этом разрезе предложение ученых из Германии очень к месту. Более того, вся система точной доставки состоит из органических веществ, а это понижает риск вреда организму.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector